2. Perturbations climatiques et stock organique du sol
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Journées d’animation scientifique du LabEx CeMEB 29 sept. 2015 Stabilité et résilience des diversités et activités biologiques des sols face aux changements climatiques T. Chevallier, E. Blanchart, L. Bernard, L. Chapuis-Lardy, P. Battie-Laclau, J.P. Laclau, K. Assigbetsé, A. Brauman, J. Trap, J.L. Chotte Activités biologiques des sols face aux changements climatiques Eco&Sols Gradient climatique et biodiversité microbienne des sols Perturbation climatique et stock organique des sols Mode de gestion et adaptation des activités biologiques du sol Perturbations climatiques et production végétale Ecologie fonctionnelle et biogéochimie des Sols et des agro-écosystèmes Décrire, comprendre et prévoir les processus écologiques de régulation des flux de C et nutriments (N, P) CO2 Eau CO2 N2O C, N, P, Dans les agrosystèmes méditerranéens et tropicaux Des situations agro-pédoclimatiques variées dans des contextes de développement différents Blé dur + Poischiche Maïs sous Faidherbia Hevea Café sous Erythrine Maïs + Desmodium Un dispositif de recherche en partenariat + Acacia Eucalyptus Quels sont les impacts ? Changements Climatiques Changements d’usage des terres Pratiques agronomiques Plantes / Peuplements Cycles biogéochimiques couplés C et nutriments N, P Quelles stratégies d’ingénierie écologique des agro-écosystèmes ? • Peuplements pluri-spécifiques • Génotypes performants • Intrants innovants (modalités d’apport, formes) • Labour / non labour ± résidus de culture Pour Matières organiques Serv. Ecosyst. Support Sol Organismes du sol Serv. Ecosyst. Régulation Production végétale Séquestration du carbone Cycle des nutriments Qualité des sols Changement Climatique • Moins de pluies • Pluies irrégulières • Augmentation des températures Quelles modifications attendre de l’activité biologique des sols ? Quelles adaptations des systèmes sol-plante face à ces modifications ? Stabilité et résilience des diversités et activités biologiques des sols face aux changements climatiques 2/ Activités biologiques des sols face aux changements climatiques Eco&Sols Gradient climatique et biodiversité microbienne des sols Perturbation climatique et stock organique des sols Mode de gestion et adaptation des activités biologiques du sol Perturbations climatiques et production végétale 1. Gradient climatique et biodiversité microbienne des sols Diego-Suarez Un projet à Madagascar, Cammisole, financement FRB Diego-Suarez Mahajunga Mahajunga Maevatanana Maevatanana RN4 RN4 Itasy Itasy Antananarivo Miandrivazo Morondava RN34 Antananarivo Miandrivazo Antsirabe Morondava Isalo RN34 Antsirabe Isalo RN7 Toliara Tamatave RN7 Toliara Contact [email protected] Sous une même végétation et un même type de sol (ferrallitique) la biodiversité et les activités microbiennes sont-elles différentes ? Organisées /gradient climat ? 24 Minéralisation MOS 20 C:N sol 1.0 0.8 0.6 10 15 20 25 30 5.6 20 25 30 60000 50000 Biomasse moléculaire 40000 30000 R² = 0.4324 20000 10000 5.4 5.2 R² = 0.1341 5 4.8 Diversité Bactéries 4.6 4.4 15 0 20 48 43 38 33 28 23 18 13 8 3 25 30 Teneur en C du sol R² = 0.6061 20 25 30 4.8 Shannon Champignon 15 C tot (mg g-1 sol) 16 12 0.2 0.0 70000 15 ng ADN g-1 sol R² = 0.262 18 14 R² = 0.6099 0.4 Qualité MO 22 Shannon Bactérien Minéralisation MOS (µgC g-1 sol) 1.2 4.6 Diversité Champignons 4.4 4.2 4 R² = 0.0955 3.8 3.6 3.4 3.2 3 15 20 25 30 15 20 25 Température 30 2000 1500 1000 500 R² = 0 15.0 250 20.0 R² = 0.296 0 R² = 0.268 100 20.0 25.0 30.0 0 0 25.0 30.0 30 25 Xanthomonadaceae 20 15.0 100 80 15 20.0 20 5 0 20.0 25.0 30.0 40 R² = 0.2042 15.0 25.0 Burkholedriaceae 60 10 Acidobactéries GP4 30.0 R² = 0.3361 0 15.0 50 R² = 0.5295 20.0 25.0 15.0 20.0 25.0 30.0 Communautés dominées par des familles peu connues, oligotrophes, à croissance lente, thermophiles, radiotolérentes R² = 0.5335 20 20.0 30.0 Température Bradyrhizobiaceae 80 40 20 15.0 25.0 0 60 40 20.0 100 50 80 60 R² = 0.6838 150 100 Hyphomicrobiaceae 100 200 Rubrobacteraceae 150 15.0 120 25.0 Ktedonobacteraceae 200 Communautés dominées par des familles copiotrophes 14 12 10 8 6 4 0.65142 0 30.0 15.0 Bactéries inconnues 2500 30.0 1. Gradient climatique et biodiversité microbienne des sols Un projet à Madagascar, Cammisole, financement FRB Sous une même végétation et un même type de sol, la biodiversité et l’activité des microorganismes du sol est modifié selon le gradient climatique. Avec la température disparition des microorganismes à croissance rapide (r stratèges) au profit d’espèces à croissance lente (K stratèges) et peu connues. Apparition d’espèces adaptées à la chaleur et au rayonnement. La minéralisation des MO des sols diminue dans les régions chaudes car les biomasses microbiennes et teneur en MO des sols plus faibles. La qualité de la matière organique est aussi plus évolué (C:N plus bas). Contact: [email protected] Activités biologiques des sols face aux changements climatiques Eco&Sols Gradient climatique et biodiversité microbienne des sols Sous une même végétation et un même type de sol, la biodiversité et l’activité des microorganismes du sol sont modifiés selon le gradient climatique. Les pop. microbiennes à croissance lente (K-stratèges) sont favorisées sous climat chaud. Perturbation climatique et stock organique des sols Mode de gestion et adaptation des activités biologiques du sol Perturbations climatiques et production végétale 2. Perturbations climatiques et stock organique du sol Augmentation des température ou du régime des pluies ==> Une augmentation de la respiration ==> annulation du puits terrestre ? Moyennes annuelles en Gt C pour 2004-2013 (Le Quéré et al., 2014) CO2 émis, La respiration hétérotrophe du sol Van’t Hoff Théorie thermodynamique, mesures de labo, mesures in situ… Modélisation Arrhenius Lloyd & Taylor O'Connell Van’t Hoff modif ? Century Température 35°C 2. Perturbations climatiques et stock organique du sol Sol temps 20°C température 30°C 40°C 50°C Degré jour = Température x nb de jours Réaumur Emissions CO2 = f (degré jour) ? Hamdi, 2011, 2012 2. Perturbations climatiques et stock organique du sol CO2 cumulé (mgC-CO2 g-1C soil) 120 100 Sols incubés à 20, 30 ou 40 C 80 ° 60 40 20 0 0 500 1000 1500 2000 2500 Degré-jours Relation linéaire entre CO2 émis et degré-jour 2. Perturbations climatiques et stock organique du sol CO2 cumulé (mgC-CO2 g-1C soil) 120 100 Sols incubés < 50 C ° Sols incubés à 50 C ° 80 60 40 20 0 0 500 1000 1500 2000 2500 Degré-jours Surminéralisation lorsque la température monte à 50°C Hamdi et al. 2012 2. Perturbations climatiques et stock organique du sol Un indice de sensibilité Q10 = Rs à T +10°C / Rs à T Q10 moyen 2,6 ± 1,2 • • • de la plage de température, du type de sol, et de la teneur et nature du C Hamdi et al. 2013 Activités biologiques des sols face aux changements climatiques Eco&Sols Gradient climatique et biodiversité microbienne des sols Sous une même végétation et un même type de sol, la biodiversité et l’activité des microorganismes du sol sont modifiés selon le gradient climatique. Les pop. microbiennes à croissance lente (K-stratèges) sont favorisées sous climat chaud. Perturbation climatique et stock organique des sols Jusqu’à 50 degrés, on explique l’augmentation de respiration du sol par une fonction degré jour. La respiration du sol augmente avec la température (Q10 =2,6), le mode de gestion et la teneur en C diminue la sensibilité du stock de C à la température Mode de gestion et adaptation des activités biologiques du sol Perturbations climatiques et production végétale 3. Mode de gestion et adaptation des activités biologiques du sol Agroforesterie Culture conventionnelle 59 days à 25 ou 35 C avec ou sans compost 3. Mode de gestion et adaptation des activités biologiques du sol Q10 = Rs à T +10°C / Rs à T Agroforesterie Cult. conventionnelle Q10 plus faible sous Agroforesterie Agroforesterie Agroforesterie + Fumier Cult. Conv. + Fumier Apport de compost -> Q10 + élevé Cult. conventionnelle Apport de compost (delta) positif sur disponibilité de l’N et P Pas d’effet température sur cet effet
